Lisiane Morfeo Tavares

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1 Lisiane Morfeo Tavares

2 O potencial de fuga de CO2 constitui uma das grandes preocupações associadas com armazenamento geológico de CO2 capturado podendo promover contaminações e migração para a superfície do solo. Fuga de CO2 < 0,1%/ano SCHERER, G. W. et al. In: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations, v.2. Ed. Elsevier Science, London, 2005, p

3 Integridade de poços O armazenamento geológico de CO 2 segurança integridade de poços curto circuito para a fuga de CO 2 para a superfície. A fuga CO 2 poços de bacias sedimentares maduras após o período de produção longo tempo de armazenamento qualidade dos materiais dos poços são negligenciados. GASDA, S.E.; CÉLIA, M.A. Advances in Water Resources, v.28, 2005, p

4 Esquema do local de injeção e fuga de CO2 através de um poço abandonado e consequentemente penetração em outras formações. SCHERER, G. W. et al. In: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations, v.2. Ed. Elsevier Science, London, 2005, p

5 Injeção de CO2 após o período de produção Integridade do poço; Estado mecânico do poço; Qualidade da cimentação usada para a completação inicial; Manutenção do poço. CAILLY, B. et al. Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, v. 60, 3, 2005, p

6 Esquema da estruturação de um poço A cimentação primária é a principal operação para a estruturação do poço Cimentação Primária (espaço anular): - Evitar qualquer circulação de fluido (gás, petróleo e água) entre as diferentes zonas (selo); - Integridade vertical do poço; - Proteger o tubo de revestimento da corrosão. Cimentação Secundária: Complementação dos defeitos da cimentação primária, reparação dos defeitos do tubo de revestimentos, tamponamento de poço depletado. LÉCOLIER, E. et al. Oil & Gas Science and Technology Rev. IFP, v. 62, 3, 2007, p

7 A pasta de cimento é bombeada para baixo através do tubo de revestimento até o espaço anular. Operação de cimentação primária de um estágio no poço: (a) circulação da lama; (b) bombeamento de fluído separador e pasta de cimento; (c) e (d) deslocamento; (e) fim de estágio. - pino bloqueado; ο - pino liberado NELSON, E.B. Houston: Schlumberger Educational Services, 1990, 487p

8 Meios de fuga do CO2 pelo poço (a) e (b) Tubo e o cimento; (c) através dos poros do cimento (degradação); (d) corrosão do tubo; (e) fissuras do cimento; (f) Cimento e a rocha. GASDA, S.E.; CÉLIA, M.A. Advances in Water Resources, v.28, 2005, p

9 Principais compostos do Cimento Portland Silicato tricálcico (3CaO.SiO2) 45-60% Silicato dicálcico (2CaO.SiO2) O2) 15-30% Aluminato tricálcico (3CaO.Al2O3) 6-12% Ferroaluminato tetracálcico (4CaO.Al2O3.Fe2O3) 6-8% matéria prima: cal, sílica, alumina e óxido de ferro Clinker

10 Hidratação do cimento Silicato de cálcio hidratado (Ca 5 Si 6 O 16 (OH) 2.9,5H 95HO 2 ) 50 a 60% Hidróxido de cálcio ou portlandita (Ca(OH)2) 20 a 25% Sulfoaluminato de cálcio hidratado ou etringita (CASH) Monossulfato hidratado d (CASH)

11 Hidratação em elevadas temperaturas CSH amorfo estruturas cristalinas. Xonotlita: é de baixa resistência i e porosa em relação ao CSH, porém é comumente encontrada na microestrutura dos cimentos de poços. SCHERER, G. W. et al. In: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations, v.2. Ed. Elsevier Science, London, 2005, p

12 Pasta de Cimento Portland Usada em Poços API (American Petroleum Institute) oito classes de cimento (de A a H) profundidade, temperatura e pressão de trabalho. A completação dos poços é geralmente realizada com o cimento classe G ou H. Baixo teor de aluminato tricálcio alta resistência ao sulfato Ricos em silicatos AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Specification for Cements and Materials for Well Cementing, 2002.

13 O CO2 é um componente reativo, quando dissolvido na água ou salmoura pode causar corrosão/degradação nos materiais do poço CAILLY, B. et al. Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP, v. 60, 3, 2005, p

14 Carbonatação Materiais i cimentosos estrutura porosa (rede de poros) exposição ao CO 2 carbonatação por difusão Compostos alcalinos são substituídos por carbonatos redução do ph da solução dos poros de 13 para valores inferiores a 9.

15 CO2 supercrítico CO 2 supercrítico: alta densidade, baixa viscosidade e baixa tensão superficial Apresentando um grande potencial para penetrar nos pequenos poros da pasta de cimento Aumentando a sua reatividade id d e acelerando assim as reações normais de carbonatação na pasta endurecida. Influência da temperatura e pressão HARTMANN, T. et al. Waste Management, v.19, 5, 1999, p

16 Cimento alcalino x ataque ácido CO 2 supercrítico na forma de ácido carbônico, 2 Degradação Migração do CO2 interfaces cimento-tubo e cimento-rocha

17 Deterioração Química Ácido carbônico e CO2 reage com Ca(OH)2 e CSH formação de CaCO3 e Ca(HCO3) Aumento da porosidade e diminuição da resistência a compressão.

18 Frentes de reações químicas Frentes de propagação da carbonatação Estrutura de multicamadas também. Cimento Inalterado As zonas formados são resultado do balanço químico da solução dos poros no cimento (dissoluções químicas e migrações) gradiente de ph KUTCHKO, Barbara G. et al. Environ. Sci. Technol. 2007, v.41, p

19 -Solução aquosa: CO2 + H2O (ph 2,9) Zona 1: Dissolução da portlandita Ca(OH) 2 : lixiviação Ca + e OH - ; aumento da porosidade; Zona 2: diminuição da porosidade e aumento de cálcio e precipitação de CaCO3 (calcita), baixa permeabilidade; 1- Zona 3: dissolução do CaCO3 e descalcificação do CSH, aumento 2- significativo de porosidade. 3- KUTCHKO, Barbara G. et al. Environ. Sci. Technol. 2007, v.41, p

20 Amostras de cimento de um poço de petróleo 30 anos expostos ao CO2 (54 C e 18 MPa) da unidade de SACROC no Texas, Estados Unidos. Alta carbonatação Calcita, aragonita (CaCO 3 ), e NaCl (sem componente amorfo) Fases típicas do cimento -Calcita, aragonita, e vaterita (CaCO3), NaCl -Resíduo amorfo de sílica aluminato. -Elevada porosidade/ SCHERER, G. W. et al. In: Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations, v.2. Ed. Elsevier Science, London, 2005, p

21 Cimento classe G x CP IV a - Cimento classe G b - Cimento Pozolânico

22 Ensaio: 2 dias 150 o C e 10 MPa Hidratação: 8h - 60 o C Cimento classe G CO2 CO2+H2O

23 Cimento classe G a/c = 0,44

24 2DIAS cimento G 150 C e 10 Mpa KUTCHKO 2007 KUTCHKO, DIAS cimento H 50 C e 30,3MPa

25 CO2 CO2+H2O

26

27 Análise experimental em laboratório KUTCHKO, 2006

28 Clit Calcita (CCO3) (CaCO3)

29

30

31 Ca(OH)2

32

33 F I M

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